同步原理(載波同步與位同步).ppt

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1、同步原理（載波同步與位同步）主講：同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法，性能指標(biāo)。同步的定義及實(shí)現(xiàn)方法分類同步：指收發(fā)雙方在時間上步調(diào)一致（也稱為定時）。在數(shù)字通信中，按同步的功用分為：載波同步，位同步，群同步，網(wǎng)同步。這里主要介紹載波同步與位同步。同步按獲取和傳輸同步信息的方式分為：1，外同步法：由發(fā)送端發(fā)送專門的導(dǎo)頻，接收端提取這個導(dǎo)頻作為同步信號。2，自同步法：發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號提取同步信息。載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)載波同步：是指在相干解調(diào)時，接收端需要提供一個與接收信號中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。載波同步是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。提取相干載波

2、的方法：直接法（自同步法）插入導(dǎo)頻法載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)直接法：有些信號（DSB-SC,PSK），雖然本身不含有載波分量，但經(jīng)過某種非線性變化后，將具有載波的諧波分量，因此可以從中提取。下面介紹幾種常用的方法：一：平方變換法和平方環(huán)法設(shè)調(diào)制信號，則抑制載波的雙邊帶信號為：平方變換法提取載波框圖：窄帶濾波器輸出為：載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)二分頻器輸出，可得載波信號：注意：載波提取的方框圖中用了一個二分頻電路，由于分頻起點(diǎn)的不確定性，使輸出的載波相對于接收信號的相位有180度的相位模糊。相位模糊對模擬通信關(guān)系不大（人耳聽不出相位變化）對數(shù)字通信影響很大，有可能

3、使2PSK相干解調(diào)后出現(xiàn)“反向工作”的問題。解決辦法：對調(diào)制器輸入的信息序列進(jìn)行差分編碼。（2DPSK）載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)實(shí)際中，伴隨信號一起進(jìn)入接收機(jī)的還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈，常用鎖相環(huán)代替窄帶濾波器。如下圖：平方環(huán)法提取載波框圖鎖相環(huán)具有良好的跟蹤，窄帶濾波和記憶功能。等價于：中心頻率可調(diào)的窄帶濾波器載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)以2PSK信號為例，來分析平方環(huán)法的情況：2PSK信號經(jīng)平方后得到當(dāng)g(t)為矩形脈沖時有：假設(shè)環(huán)路鎖定，VCO的頻率鎖定在2wc頻率上，其輸出信號為：θ為相位差。經(jīng)鑒相器（由相乘器

4、和低通濾波器組成）后輸出的誤差電壓為：載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)式中：Kd為鑒相靈敏度，是常數(shù)。僅與相位差有關(guān)，它通過環(huán)路濾波器去控制壓控振蕩器的相位和頻率，環(huán)路鎖定之后，θ一個很小的量。因此VCO的輸出經(jīng)過二分頻后，就是所需的相干載波。載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)載波同步直接法二：同相正交環(huán)法（或稱為科斯塔斯（Costas）環(huán)法）同相正交環(huán)法電路框圖：壓控振蕩器（VCO）提供兩路互為正交的載波，與輸入接收信號分別在同相和正交兩個鑒像器中進(jìn)行鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號，兩者相乘后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路波器得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控，從而準(zhǔn)確地對

5、壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)設(shè)輸入的抑制載波雙邊帶信號為并假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則：式中，θ為VCO輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位誤差。經(jīng)低通濾波后分別為：低通濾波器應(yīng)該允許m(t)通過。相乘產(chǎn)生誤差信號為：載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)當(dāng)可以分解為直流和交流分量。由于鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時，其環(huán)路濾波器的帶寬設(shè)計(jì)的很窄，只有m(t)中的直流分量可以通過，因此：該信號包含了載波與壓控振蕩器輸出信號的相位差，故經(jīng)環(huán)路濾波器即可轉(zhuǎn)換為壓控振蕩器的控制電壓，以產(chǎn)生載波同頻的振蕩信號。同相正交環(huán)法的優(yōu)點(diǎn)：由于平方環(huán)法的工作頻率為2，而同相正

6、交環(huán)法的工作頻率為，由此可見，若載波頻率很高時，同相正交環(huán)法較易實(shí)現(xiàn)。載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)Costas環(huán)與平方環(huán)具有相同的鑒相特性，如下圖：由圖可知，θ=nπ（n為任意整數(shù)）為PLL的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。PLL工作時可能鎖定在任何一個穩(wěn)定平衡點(diǎn)上，考慮到在周期π內(nèi)θ取值可能為0或π，這意味著恢復(fù)出的載波可能與理想載波同相，也可能反相。這種相位關(guān)系的不確定性，稱為0，π的相位模糊度。載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)Costas環(huán)與平方環(huán)相比，雖然在電路上要復(fù)雜一些，但它的工作頻率即為載波頻率，而平方環(huán)的工作頻率是載波頻率的兩倍，顯然當(dāng)載波頻率很高時，工作頻率較低的Costa

7、s環(huán)易于實(shí)現(xiàn)；其次，當(dāng)環(huán)路正常鎖定后，Costas環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出，而平方環(huán)則沒有這種功能。載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)載波同步直接法三，多相移相信號（MPSK）的載波提取對于數(shù)字通信中的多相移相信號中的載波提取同樣可以采用上述的方法。例如，對于四相移相信號中的載波提取分別可采用如下的方法：方法一：載波同步的基本原理，實(shí)現(xiàn)方法和性能指標(biāo)方法二：對于移相信號上述兩種方法同樣都存在載波相位的模糊問題，其解決方法可采用相對移